WO2003082503A2 - Method and device for machining a workpiece - Google Patents

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WO2003082503A2
WO2003082503A2 PCT/DE2003/000978 DE0300978W WO03082503A2 WO 2003082503 A2 WO2003082503 A2 WO 2003082503A2 DE 0300978 W DE0300978 W DE 0300978W WO 03082503 A2 WO03082503 A2 WO 03082503A2
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flow channel
processing
workpiece
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mass flow
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Gerhard Moeckl
Martin Etzel
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
    • B23H9/14—Making holes
    • B23H9/16—Making holes using an electrolytic jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for producing a workpiece according to the preamble of the independent claims.
  • a method for machining a workpiece in which the workpiece has a first flow channel and a second flow channel, the second flow channel opening into the first flow channel.
  • a depression is worked in around the mouth of the second flow channel into the first flow channel by means of electroerosive machining. This lowering may be necessary so that the turns of a spring arranged in the first flow channel do not block the second flow channel.
  • the surface of the countersink is very rough due to the electrical discharge machining.
  • the edge that is formed by the depression and the second flow channel is very different from workpiece to workpiece.
  • the amount of a medium flowing through in later use can be quite different at a given pressure from workpiece to workpiece.
  • several methods and devices are known.
  • Dynamic measurement means that the flow resistance is measured during processing, for example when material is removed from the wall or the edge of the flow channel. The flow resistance is measured, for example, via the
  • Measurement of the displacement of a piston whose surface is known This allows the volume to be determined that flows through the flow channel. In other words, the volume flow is measured. Furthermore, the flow resistance can also be determined by measuring the speed of the electrolyte solution in the flow channel. As soon as a predetermined value of the volume flow or the speed of the electrolyte solution is reached, the processing is ended.
  • volume flow is also measured according to this document.
  • Temperature has a strong influence on the result. That a higher volume flow is measured at high temperatures than at lower temperatures.
  • the mass flow of the electrolyte solution flowing through the at least one flow channel is measured, and at the same time a reduction is incorporated and the processing is carried out until a predetermined mass flow is reached.
  • the measurement of the mass flow becomes more precise when it takes place during processing pauses, the measurement in the respective processing pause only beginning after the mass flow has settled down.
  • the device has a device for measuring the mass flow of the working fluid through the at least one flow channel.
  • the device is a mass flow meter that works according to the Coriolis principle.
  • the device has a simple structure when a piston diaphragm pump passes the working fluid through the pumps at least one flow channel. This reduces pressure fluctuations during the measurement.
  • pulsation dampers can be arranged to smooth out pressure fluctuations.
  • FIG. 1 shows a device for electrochemical processing
  • Figure 2 shows a spring holder in section before the electrochemical
  • FIG. 3 shows a spring holder in section after the electrochemical processing.
  • a device 10 for electrochemical machining of a workpiece 12 is shown schematically in FIG.
  • the principle of the electrochemical method is based on the fact that on two electrodes, which are in one
  • a DC voltage is applied.
  • the workpiece 12 to be treated is connected to the positive pole (anode) of the power source with the aid of a transmission element, while an electrode serving as a tool is connected to the negative pole (cathode) of the power source due to its electrically conductive properties.
  • the composition of the electrolyte solution depends on the material of the component to be machined. For metals such. B. a saline solution or a sodium nitrate solution is selected. The electrochemical process itself is known from physics and is therefore not explained in more detail here. In addition to the composition of the electrolyte solution, the method of operation also depends on the current intensity used, which in turn is to be matched to the material of the workpiece 12 to be machined.
  • the workpiece 12 is designed as a spring holder of an injection nozzle. This is a cylindrical part with a central blind bore 14 and an outlet bore 16 branching therefrom for excess fuel that is not injected into the combustion chamber of the internal combustion engine during the combustion process. Instead of one, there may also be more outlet bores.
  • a spring not shown, is supported.
  • a workpiece 12 designed as a spring holder it can also be a part of an injection nozzle other than the front part reaching into the combustion chamber.
  • a bore similar to the blind bore 14 from which usually several injection bores branch off similar to the drain bore 16.
  • the drain hole 16 or the injection holes are flow channels which can be processed electrochemically with the device 10.
  • the device 10 comprises a tank 18, a pump 20, pulsation damper 22, a pressure meter 24 Safety valve 26, a mass flow meter 28, an electrode 30 and a generator 32 for voltage and power supply.
  • the components mentioned are connected to a PLC (programmable logic controller, abbreviated to PLC), which is known and is known per se and with which the device 10 can be operated.
  • PLC programmable logic controller
  • the pump 20 pumps the electrolyte solution required for the electrochemical processing from the tank 18 via a line 34 into a line 36.
  • the line 36 leads to the workpiece 12.
  • the electrolyte solution is through the
  • the pump 20 is a single-stage or multi-stage piston diaphragm pump. Piston diaphragm pumps are characterized by particularly low pressure fluctuations.
  • pulsation dampers 22 are provided on line 36 for smoothing pressure fluctuations. However, if the pressure fluctuations generated by the pump 20 are within permissible limits, the pulsation dampers 22 can also be omitted.
  • the pressure of the electrolyte solution is recorded and passed on to a controller (not shown) for evaluation.
  • the pressure can also be processed in a control system that regulates the pressure in the system based on process instructions.
  • the safety valve 26, which is also connected to the line 36, is required in the event that the pressure control fails and an overpressure arises in the system. In this case, the safety valve 26 opens automatically and allows the electrolyte solution, which is under high pressure, to flow away.
  • the mass flow meter 28 is based on the effect of the physical magnitude of the Coriolis force.
  • the Coriolis force is an apparent force that acts on moving masses in a rotating reference system.
  • the medium to be recorded is therefore directed into a pipeline that is set in vibration.
  • the Coriolis force that arises influences the deflection of the pipe. This deflection is detected by sensors. Phase shifts of the sensor signals represent a quantity proportional to the actual mass flow.
  • There are single and two-pipe systems as well as various geometrical shapes of the pipeline such as a straight pipe, a pipe in zigzag shape, in loops etc.
  • Conductivity is. It is even easy to determine the density and temperature of a mass. Furthermore, in the field of fuel injection technology, it is not the volume but the injected mass that is decisive for the chemical reactions during a combustion process. If you have information about the mass flow, the chemical reactions during the combustion process can be balanced much better and thus optimized.
  • the generator 32 which can be freely programmed via the PLC, not shown, is used for the voltage and power supply.
  • the electrode 30 and the workpiece 12 are connected to the generator 32. The current necessary for material removal flows through the electrode 30, the electrolyte solution and the workpiece 12.
  • the structure of the electrode 30 can be seen more clearly in the sectional illustration in FIG.
  • the electrode 30 comprises a copper tube 38 which is surrounded by an insulation 40.
  • the copper pipe 38 is exposed and has a passage 42 in the form of a bore.
  • the electrolyte solution can flow through the copper pipe 38, the passage 42 and through the outlet bore 16.
  • the point on the electrode at which the copper tube 38 is exposed is the effective electrode surface 44.
  • the effective electrode surface 44 is significantly involved in the size of the machining surface on the workpiece 12.
  • the region of the blind hole 14, which is located around the outlet bore 16, is removed. This produces a depression or a pocket 46.
  • the pocket 46 is necessary so that the spring, not shown, which is already mentioned and which is supported on the bottom of the blind hole 14, cannot block the outlet hole 16.
  • Outlet bore 16 is measured and the electrochemical processing is carried out until a predetermined mass flow is reached.
  • the mass flow of the electrolyte solution must only be converted via the density ratios with the required mass flow of a fuel. This ensures that the desired mass flow is always achieved through the outlet bore 16 at the end by machining at a predetermined pressure. What is important for the change in the mass flow is the change in the edge formed by the depression or the pocket 46 and the outlet bore 16. The longer the machining takes, the larger the radius and the larger the mass flow.
  • the change in mass flow over time was asymptotic overall and approached a value essentially determined by the narrowest point of the outlet bore 16. This value would remain essentially constant until the electrochemical processing has progressed to such an extent that the diameter of the outlet bore 16 increases again.
  • the process is such that the pump 20 is first switched on.
  • the electrolyte solution is pumped through lines 34, 36 to workpiece 12 and through bores 14, 16.
  • the electrode 30 and the workpiece 12 form a working gap through which the electrolyte solution is pumped.
  • the generator 32 is switched on. Material flows away at the edge of the outlet bore 16 due to the current flow and is flushed away by the electrolyte solution.
  • the pocket 46 is worked in around the edge of the outlet bore 16.
  • the pocket 46 is usually incorporated using the electroerosion method, which means that mass flow calibration is not possible. Machining using electroerosion is relatively imprecise. Due to the electrochemical material processing, the accuracy of the processing is now increased and two operations are combined into one operation. Material is simultaneously removed from the edge of the outlet bore 16 and the depression or pocket 46 until the predetermined mass flow of the electrolyte solution used for electrochemical material processing is reached through the outlet bore 16. It is important that the voltage of the generator 32 is set such that the pocket 46 is not too flat or too deep when the desired mass flow is reached.
  • the generator 32 is switched off after a first predetermined time. That is, in order to obtain more accurate results, a dynamic measurement that cannot be falsified by gas bubble formation is carried out, but a static measurement. Therefore, the
  • Measurement of the mass flow during processing breaks whereby the measurement in the respective processing break only begins after the mass flow has settled down.
  • This calming time ranges from a few tenths of a second to a few seconds. If the mass flow is reached at a predetermined pressure, the processing is ended. If the desired mass flow has not yet been reached, a further processing phase follows, after which there is also a processing pause with a calming phase and a measuring phase. The processes are repeated until the desired mass flow is achieved.
  • the electrolyte solution can be pumped at a lower pressure during the machining phases than during the
  • the pressure can be, for example, 10 bar and in the processing pauses or measuring phases, 80 bar.
  • the parts produced using this method can easily be recognized by the fact that the pocket 46 and the edge formed by the depression 46 and the second flow channel 16 have a very smooth surface. This surface is considerably smoother than a pocket 46 produced by means of electro-erosion.
  • the surface of the pocket is also generally smoother than the surface of the blind hole 14 produced by turning.

Abstract

The invention relates to a method for machining a workpiece (12) comprising a first flow channel (14) and a second flow channel (16). The second flow channel (16) opens into the first flow channel (14). A depression (46) is configured around the opening of the second flow channel (16) into the first flow channel (14). Said depression (46) is configured using an electrochemical material machining process. Material is simultaneously removed from the edge formed by the depression (46) and the second flow channel (16) until a predetermined mass flux of the electrolyte solution used for the electrochemical material machining process has been achieved through the second flow channel (16).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines WerkstücksMethod and device for machining a workpiece
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method and a device for producing a workpiece according to the preamble of the independent claims.
Es ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes bekannt, bei dem das Werkstück einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal auf weist, wobei der zweite Strömungskanal in den ersten Strömungskanal mündet. Um die Mündung des zweiten Strömungskanals in den ersten Strömungskanal wird eine Senkung mittels einer elektroerosiven Bearbeitung eingearbeitet. Diese Senkung kann notwendig sein, damit die Windungen einer im ersten Strömungskanal angeordneten Feder nicht den zweiten Strömungskanal blockieren.A method for machining a workpiece is known, in which the workpiece has a first flow channel and a second flow channel, the second flow channel opening into the first flow channel. A depression is worked in around the mouth of the second flow channel into the first flow channel by means of electroerosive machining. This lowering may be necessary so that the turns of a spring arranged in the first flow channel do not block the second flow channel.
Durch die elektroerosive Bearbeitung ist die Oberfläche der Senkung sehr rauh. Der Rand, der von der Senkung und dem zweiten Strömungskanal gebildet wird, ist von Werkstück zu Werkstück sehr unterschiedlich. Dadurch kann die Menge eines im späteren Gebrauch durchfließenden Mediums bei einem vorgegebenen Druck von Werkstück zu Werkstück recht unterschiedlich ausfallen. Um zu erreichen, dass zum Beispiel über Strömungskanäle von Einspritzdüsen für Brennkraftmaschinen bei einem bestimmten Druck eine genaue Menge Kraftstoff in die Brennkammer eingespritzt wird, sind mehrere Verfahren und Vorrichtungen bekannt.The surface of the countersink is very rough due to the electrical discharge machining. The edge that is formed by the depression and the second flow channel is very different from workpiece to workpiece. As a result, the amount of a medium flowing through in later use can be quite different at a given pressure from workpiece to workpiece. In order to ensure that, for example, a precise amount of fuel is injected into the combustion chamber via flow channels of injection nozzles for internal combustion engines, several methods and devices are known.
So ist beispielsweise aus der DE 689 16 552 T2 bekannt, zwischen einer Elektrode und dem Werkstück sowie durch den mindestens einen Strömungskanal ein Elektrolyt zu pumpen, den Strömungskanal elektrochemisch zu bearbeiten und während der Bearbeitung einen bestimmten sogenannten Durchflusswiderstand durch den Strömungskanal zu erzielen.For example, it is known from DE 689 16 552 T2 to pump an electrolyte between an electrode and the workpiece and through the at least one flow channel, to electrochemically process the flow channel and to achieve a certain flow resistance through the flow channel during processing.
Dieser sogenannte Durchflusswiderstand wird dynamisch gemessen. Dynamisch Messen bedeutet, dass während der Bearbeitung, bei der zum Beispiel Material von der Wandung oder dem Rand des Strömungskanals abgetragen wird, der Durchflusswiderstand gemessen wird. Die Messung des Durchflusswiderstands erfolgt beispielsweise über dieThis so-called flow resistance is measured dynamically. Dynamic measurement means that the flow resistance is measured during processing, for example when material is removed from the wall or the edge of the flow channel. The flow resistance is measured, for example, via the
Messung des Verschiebeweges eines Kolbens, dessen Fläche bekannt ist. Dadurch lässt sich das Volumen bestimmen, dass durch den Strömungskanal fließt. Mit anderen Worten wird also der Volumenstrom gemessen. Ferner kann die Bestimmung des Durchflusswiderstands auch dadurch erfolgen, dass die Geschwindigkeit der Elektrolytlösung im Strömungskanal gemessen wird. Sobald ein vorgegebener Wert des Volumenstroms oder der Geschwindigkeit der Elektrolytlösung erreicht ist, wird die Bearbeitung beendet.Measurement of the displacement of a piston whose surface is known. This allows the volume to be determined that flows through the flow channel. In other words, the volume flow is measured. Furthermore, the flow resistance can also be determined by measuring the speed of the electrolyte solution in the flow channel. As soon as a predetermined value of the volume flow or the speed of the electrolyte solution is reached, the processing is ended.
In der Wo 96/12586 wurde erkannt, dass bei einer dynamischen Messung während einer elektrochemischen Bearbeitung Gasblasen entstehen, die einen Einfluss auf das Messergebnis haben. Eine statische Messung ist demgegenüber genauer, da eine Messung des Volumenstroms während Bearbeitungspausen erfolgt, so dass das Ergebnis nicht durch Gasblasen beeinflusst wird.In Wo 96/12586 it was recognized that during dynamic measurement during electrochemical processing, gas bubbles are generated which have an influence on the measurement result. In contrast, a static measurement is more accurate, since a measurement of the volume flow during processing breaks takes place so that the result is not influenced by gas bubbles.
Jedoch wird auch gemäß dieser Schrift der Volumenstrom gemessen. Bei der Messung des Volumenstroms hat dieHowever, the volume flow is also measured according to this document. When measuring the volume flow, the
Temperatur einen starken Ξinfluss auf das Ergebnis. D.h. bei hohen Temperaturen wird ein größerer Volumenstrom gemessen als bei niedrigeren Temperaturen.Temperature has a strong influence on the result. That a higher volume flow is measured at high temperatures than at lower temperatures.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine wirtschaftlichere und gleichzeitig genauere Herstellung möglich sind.The method according to the invention and the device according to the invention for machining a workpiece with the characterizing features of the independent claims have the advantage that a more economical and at the same time more precise manufacture is possible.
Hierzu wird der durch den mindestens einen Strömungskanal fließenden Massestrom der Elektrolytlösung gemessen, sowie gleichzeitig eine Senkung eingearbeitet und die Bearbeitung solange durchgeführt, bis ein vorgegebener Massestrom erreicht ist.For this purpose, the mass flow of the electrolyte solution flowing through the at least one flow channel is measured, and at the same time a reduction is incorporated and the processing is carried out until a predetermined mass flow is reached.
Die Messung des Massestroms wird genauer, wenn sie während Bearbeitungspausen erfolgt, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt.The measurement of the mass flow becomes more precise when it takes place during processing pauses, the measurement in the respective processing pause only beginning after the mass flow has settled down.
Bei der Vorrichtung ist eine Einrichtung zum Messen des Massestroms der Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal vorhanden. Die Einrichtung ist ein Massestrommesser, der nach dem Coriolisprinzip arbeitet.The device has a device for measuring the mass flow of the working fluid through the at least one flow channel. The device is a mass flow meter that works according to the Coriolis principle.
Die Vorrichtung hat einen einfachen Aufbau, wenn eine Kolbenmembranpumpe die Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal pumpt. Dadurch werden Druckschwankungen während der Messung vermindert.The device has a simple structure when a piston diaphragm pump passes the working fluid through the pumps at least one flow channel. This reduces pressure fluctuations during the measurement.
Um Druckspitzen noch weiter zu vermindern, können Pulsationsdämpfer zur Glättung von Druckschwankungen angeordnet werden.To further reduce pressure peaks, pulsation dampers can be arranged to smooth out pressure fluctuations.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.Further advantages and advantageous developments of the method according to the invention and the device according to the invention for machining a workpiece result from the subclaims and the description.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:
Figur 1 eine Vorrichtung zum elektrochemischen Bearbeiten, Figur 2 ein Federhalter im Schnitt vor der elektrochemischen1 shows a device for electrochemical processing, Figure 2 shows a spring holder in section before the electrochemical
Bearbeitung und Figur 3 ein Federhalter im Schnitt nach der elektrochemischen Bearbeitung.Processing and Figure 3 shows a spring holder in section after the electrochemical processing.
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
In der Figur 1 ist eine Vorrichtung 10 zum elektrochemischen Bearbeiten eines Werkstücks 12 schematisch dargestellt. Das Prinzip des elektrochemischen Verfahrens beruht darauf, daß an zwei Elektroden, welche sich in einer alsA device 10 for electrochemical machining of a workpiece 12 is shown schematically in FIG. The principle of the electrochemical method is based on the fact that on two electrodes, which are in one
Arbeitsflüssigkeit verwendeten wässrigen Elektrolytlösung befinden, eine Gleichspannung angelegt wird. Dazu wird das zu behandelnde Werkstück 12 mit Hilfe eines Übertragungselements mit dem Pluspol (Anode) der Stromquelle verbunden, während eine als Werkzeug dienende Elektrode aufgrund ihrer elektrisch leitenden Eigenschaften mit dem Minuspol (Kathode) der Stromquelle verbunden wird.Working aqueous electrolyte solution used, a DC voltage is applied. For this purpose, the workpiece 12 to be treated is connected to the positive pole (anode) of the power source with the aid of a transmission element, while an electrode serving as a tool is connected to the negative pole (cathode) of the power source due to its electrically conductive properties.
Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung ist abhängig vom Material des zu bearbeitenden Bauteils. Bei Metallen z. B. wird eine Kochsalzlösung oder eine Natriumnitratlösung gewählt. Der elektrochemische Prozeß an sich ist aus der Physik bekannt und somit hier nicht näher erläutert. Die Arbeitsweise ist neben der Zusammensetzung der Elektrolytlösung auch von der verwendeten Stromstärke abhängig, die wiederum auf das Material des zu bearbeitenden Werkstücks 12 abzustimmen ist.The composition of the electrolyte solution depends on the material of the component to be machined. For metals such. B. a saline solution or a sodium nitrate solution is selected. The electrochemical process itself is known from physics and is therefore not explained in more detail here. In addition to the composition of the electrolyte solution, the method of operation also depends on the current intensity used, which in turn is to be matched to the material of the workpiece 12 to be machined.
Das Werkstück 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Federhalter einer Einspritzdüse ausgebildet. Es handelt sich hierbei um ein zylindrisches Teil mit einer zentrischen Sacklochbohrung 14 und einer davon abzweigenden Auslassbohrung 16 für überschüssigen, beim Verbrennungsvorgang nicht in die Brennkammer der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoff. Statt einer können auch mehr Auslassbohrungen vorhanden sein.In the present exemplary embodiment, the workpiece 12 is designed as a spring holder of an injection nozzle. This is a cylindrical part with a central blind bore 14 and an outlet bore 16 branching therefrom for excess fuel that is not injected into the combustion chamber of the internal combustion engine during the combustion process. Instead of one, there may also be more outlet bores.
Am Boden der Sacklochbohrung 14 stützt sich eine nicht dargestellte Feder ab. Statt als ein als Federhalter ausgebildetes Werkstück 12 kann es sich auch um ein anderes als der in die Brennkammer reichende vordere Teil einer Einspritzdüse sein. In einem derartigen Teil gibt es auch eine der Sacklochbohrung 14 ähnliche Bohrung, von der meist mehrere der Abflußbohrung 16 ähnliche Einspritzbohrungen abzweigen. Es handelt sich bei der Abflußbohrung 16 oder den Einspritzbohrungen um Strömungskanäle, die mit der Vorrichtung 10 elektrochemisch zu bearbeiten sind.At the bottom of the blind hole 14, a spring, not shown, is supported. Instead of being a workpiece 12 designed as a spring holder, it can also be a part of an injection nozzle other than the front part reaching into the combustion chamber. In such a part there is also a bore similar to the blind bore 14, from which usually several injection bores branch off similar to the drain bore 16. The drain hole 16 or the injection holes are flow channels which can be processed electrochemically with the device 10.
Die Vorrichtung 10 umfasst einen Tank 18, eine Pumpe 20, Pulsationsdämpfer 22, einen Druckmesser 24, ein Sicherheitsventil 26, einen Massestrommesser 28, eine Elektrode 30 und ein Generator 32 zur Spannungs- und Stromversorgung. Die genannten Komponenten sind mit einer nicht dargestellten, an und für sich bekannten SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung; auf englisch programmable logic Controller, abgekürzt PLC) verbunden, mit der sich die Vorrichtung 10 betreiben lässt. Alternativ wäre auch die Verwendung eines anderen für diesen Einsatzzweck geeigneten Computers, wie zum Beispiel eines Industrie-PCs, denkbar.The device 10 comprises a tank 18, a pump 20, pulsation damper 22, a pressure meter 24 Safety valve 26, a mass flow meter 28, an electrode 30 and a generator 32 for voltage and power supply. The components mentioned are connected to a PLC (programmable logic controller, abbreviated to PLC), which is known and is known per se and with which the device 10 can be operated. Alternatively, the use of another computer suitable for this purpose, such as an industrial PC, would also be conceivable.
Die Pumpe 20 pumpt die zur elektrochemischen Bearbeitung notwendige Elektrolytlösung aus dem Tank 18 über eine Leitung 34 in eine Leitung 36. Die Leitung 36 führt zum Werkstück 12. Die Elektrolytlösung wird durch dieThe pump 20 pumps the electrolyte solution required for the electrochemical processing from the tank 18 via a line 34 into a line 36. The line 36 leads to the workpiece 12. The electrolyte solution is through the
Sacklochbohrung 14 sowie die Abflußbohrung 16 gepumpt. Von dort fließt die Elektrolytlösung wieder in den Tank 18. Bei der Pumpe 20 handelt es sich um eine einstufige oder mehrstufige Kolbenmembranpumpe. Kolbenmembranpumpen zeichnen sich durch besonders geringe Druckschwankungen aus.Blind hole 14 and the drain hole 16 are pumped. From there, the electrolyte solution flows back into the tank 18. The pump 20 is a single-stage or multi-stage piston diaphragm pump. Piston diaphragm pumps are characterized by particularly low pressure fluctuations.
Zusätzlich sind an der Leitung 36 Pulsationsdämpfer 22 zur Glättung von Druckschwankungen vorgesehen. Verlaufen die von der Pumpe 20 erzeugten Druckschwankungen allerdings in zulässigen Grenzen, können die Pulsationsdämpfer 22 auch entfallen.In addition, pulsation dampers 22 are provided on line 36 for smoothing pressure fluctuations. However, if the pressure fluctuations generated by the pump 20 are within permissible limits, the pulsation dampers 22 can also be omitted.
Mit Hilfe des nach den Pulsationsdämpfern 22 an der Leitung 36 angeordneten Druckmessers 24 wird der Druck der Elektrolytlösung erfasst und zur Auswertung an eine nicht dargestellte Steuerung weitergeleitet. Der Druck kann aber auch in einer Regelung verarbeitet werden, welche den Druck im System anhand von Prozessvorgaben regelt. Das ebenfalls an der Leitung 36 angeschlossene Sicherheitsventil 26 wird für den Fall benötigt, dass die Druckregelung ausfällt und ein Überdruck im System entsteht. In diesem Fall öffnet sich das Sicherheitsventil 26 selbständig und lässt die unter zu hohem Druck stehende Elektrolytlösung abströmen.With the help of the pressure meter 24 arranged on the line 36 after the pulsation dampers 22, the pressure of the electrolyte solution is recorded and passed on to a controller (not shown) for evaluation. The pressure can also be processed in a control system that regulates the pressure in the system based on process instructions. The safety valve 26, which is also connected to the line 36, is required in the event that the pressure control fails and an overpressure arises in the system. In this case, the safety valve 26 opens automatically and allows the electrolyte solution, which is under high pressure, to flow away.
Der Massestrommesser 28 beruht auf der Wirkung der physikalischen Größe der Corioliskraft . Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft, welche an bewegten Massen in einem rotierenden Bezugssystem angreift. In der Messtechnik wird deshalb das zu erfassende Medium in eine in Schwingung versetzte Rohrleitung geleitet. In Abhängigkeit vom durchfließenden Massestrom beeinflusst die entstehende Corioliskraft die Auslenkung des Rohres. Diese Auslenkung wird durch Sensoren erfasst. Phasenverschiebungen der Sensorsignale stellen eine dem tatsächlichen Massestrom proportionale Größe dar. An Bauformen gibt es Ein- und Zweirohrsystemen sowie verschiedenen geometrischen Formen der Rohrleitung wie zum Beispiel ein gerades Rohr, ein Rohr in Zickzackform, in Schleifen etc.The mass flow meter 28 is based on the effect of the physical magnitude of the Coriolis force. The Coriolis force is an apparent force that acts on moving masses in a rotating reference system. In measurement technology, the medium to be recorded is therefore directed into a pipeline that is set in vibration. Depending on the mass flow flowing through, the Coriolis force that arises influences the deflection of the pipe. This deflection is detected by sensors. Phase shifts of the sensor signals represent a quantity proportional to the actual mass flow. There are single and two-pipe systems as well as various geometrical shapes of the pipeline such as a straight pipe, a pipe in zigzag shape, in loops etc.
Der große Vorteil dieses Messprinzips gegenüber der Messung von Volumenströmen oder Druckabfällen ist, dass es unabhängig von Dichte, Temperatur, Viskosität, Druck undThe great advantage of this measuring principle over the measurement of volume flows or pressure drops is that it is independent of density, temperature, viscosity, pressure and
Leitfähigkeit ist. Es lässt sich sogar leicht die Dichte und die Temperatur einer Masse bestimmen. Weiterhin ist gerade auf dem Gebiet der Kraftstoffeinspritztechnik nicht das Volumen sondern die eingespritzte Masse entscheidend für die chemischen Reaktionen bei einem Verbrennungsvorgang. Hat man Aufschluss über den Massestrom, lassen sich die chemischen Reaktionen beim Verbrennungsvorgang viel besser bilanzieren und somit optimieren. Zur Spannungs- und Stromversorgung wird der Generator 32 verwendet, der sich über die nicht dargestellte SPS frei programmieren lässt. An den Generator 32 sind die Elektrode 30 und das Werkstück 12 angeschlossen. Durch die Elektrode 30, die Elektrolytlösung und das Werkstück 12 fließt der zum Materialabtrag notwendige Strom.Conductivity is. It is even easy to determine the density and temperature of a mass. Furthermore, in the field of fuel injection technology, it is not the volume but the injected mass that is decisive for the chemical reactions during a combustion process. If you have information about the mass flow, the chemical reactions during the combustion process can be balanced much better and thus optimized. The generator 32, which can be freely programmed via the PLC, not shown, is used for the voltage and power supply. The electrode 30 and the workpiece 12 are connected to the generator 32. The current necessary for material removal flows through the electrode 30, the electrolyte solution and the workpiece 12.
In der Schnittdarstellung der Figur 2 ist der Aufbau der Elektrode 30 deutlicher erkennbar. Die Elektrode 30 umfasst ein Kupferrohr 38, das von einer Isolierung 40 umgeben ist. An der Stelle, an der der BearbeitungsVorgang stattfinden soll, ist das Kupferrohr 38 freigelegt und weist einen Durchläse 42 in Form einer Bohrung auf. Somit kann die Elektrolytlösung durch das Kupferrohr 38, den Durchläse 42 und durch die Auslassbohrung 16 strömen. Die Stelle an der Elektrode, an der das Kupferrohr 38 freigelegt ist, ist die wirksame Elektrodenfläche 44. Die wirksame Elektrodenfläche 44 ist maßgeblich an der Größe der Bearbeitungsfläche am Werkstück 12 beteiligt.The structure of the electrode 30 can be seen more clearly in the sectional illustration in FIG. The electrode 30 comprises a copper tube 38 which is surrounded by an insulation 40. At the point where the machining process is to take place, the copper pipe 38 is exposed and has a passage 42 in the form of a bore. Thus, the electrolyte solution can flow through the copper pipe 38, the passage 42 and through the outlet bore 16. The point on the electrode at which the copper tube 38 is exposed is the effective electrode surface 44. The effective electrode surface 44 is significantly involved in the size of the machining surface on the workpiece 12.
Bei der Bearbeitung wird, wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, der Bereich der Sacklochbohrung 14, der sich um die Auslassbohrung 16 befindet, abgetragen. Hierbei entsteht eine Senkung bzw. eine Tasche 46. Die Tasche 46 ist notwendig, damit die bereits erwähnte, nicht dargestellte Feder, die sich am Grund der Sacklochbohrung 14 abstützt, die Auslassbohrung 16 nicht blockieren kann.During the machining, as can be seen from FIG. 3, the region of the blind hole 14, which is located around the outlet bore 16, is removed. This produces a depression or a pocket 46. The pocket 46 is necessary so that the spring, not shown, which is already mentioned and which is supported on the bottom of the blind hole 14, cannot block the outlet hole 16.
Bei der Bearbeitung des Werkstücks 12 wird nun so verfahren, dass der Massestrom der Elektrolytlösung durch dieWhen machining the workpiece 12, the procedure is now such that the mass flow of the electrolyte solution through the
Auslassbohrung 16 gemessen wird und die elektrochemische Bearbeitung solange durchgeführt wird, bis ein vorgegebener Massestrom erreicht ist. Der Massestrom der Elektrolytlösung uss lediglich über die Dichteverhältnisse mit dem geforderten Massestrom eines Kraftstoffs umgerechnet werden. Dadurch wird erreicht, dass am Ende durch die Bearbeitung bei einem vorgegebenen Druck immer der gewünschte Massestrom durch die Auslassbohrung 16 erzielt wird. Wichtig für die Änderung des Massestroms ist, die Veränderung des von der Senkung bzw. der Tasche 46 und der Auslassbohrung 16 gebildeten Rands. Je langer die Bearbeitung dauert, desto großer wird der Radius und desto großer wird der Massestrom. Die Veränderung des Massestroms über der Zeit wurde insgesamt asymptotisch verlaufen und sich einem im Wesentlichen durch die engste Stelle der Auslassbohrung 16 bestimmten Wert annähern. Dieser Wert wurde im Wesentlichen solange konstant bleiben, bis die elektrochemische Bearbeitung so weit fortgeschritten ist, dass der Durchmesser der Auslassbohrung 16 wieder zunimmt.Outlet bore 16 is measured and the electrochemical processing is carried out until a predetermined mass flow is reached. The mass flow of the electrolyte solution must only be converted via the density ratios with the required mass flow of a fuel. This ensures that the desired mass flow is always achieved through the outlet bore 16 at the end by machining at a predetermined pressure. What is important for the change in the mass flow is the change in the edge formed by the depression or the pocket 46 and the outlet bore 16. The longer the machining takes, the larger the radius and the larger the mass flow. The change in mass flow over time was asymptotic overall and approached a value essentially determined by the narrowest point of the outlet bore 16. This value would remain essentially constant until the electrochemical processing has progressed to such an extent that the diameter of the outlet bore 16 increases again.
Im Einzelnen ist der Ablauf so, dass zuerst die Pumpe 20 eingeschaltet wird. Die Elektrolytlösung wird durch die Leitungen 34, 36 zum Werkstück 12 und durch die Bohrungen 14, 16 gepumpt. Die Elektrode 30 und das Werkstuck 12 bilden einen Arbeitsspalt, durch den die Elektrolytlösung gepumpt wird. Sobald die Elektrolytlösung eine vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird der Generator 32 eingeschaltet. Durch den Stromfluss wird Material am Rand der Auslassbohrung 16 abgetragen und durch die Elektrolytlösung weggespult.In detail, the process is such that the pump 20 is first switched on. The electrolyte solution is pumped through lines 34, 36 to workpiece 12 and through bores 14, 16. The electrode 30 and the workpiece 12 form a working gap through which the electrolyte solution is pumped. As soon as the electrolyte solution has reached a predetermined temperature, the generator 32 is switched on. Material flows away at the edge of the outlet bore 16 due to the current flow and is flushed away by the electrolyte solution.
Gleichzeitig mit der Verrundung des Randes der Auslassbohrung 16, die - wie bereits erwähnt - in die Sacklochbohrung 14 mundet, wird die Tasche 46 um den Rand der Auslassbohrung 16 herum eingearbeitet. Die Tasche 46 wird üblicherweise im Elektroerosionsverfahren eingearbeitet, wodurch eine Massestromkalibrierung nicht möglich ist. Die Bearbeitung mittels Elektroerosion ist relativ ungenau. Durch die elektrochemische Materialbearbeitung wird nun die Genauigkeit der Bearbeitung erhöht und es werden zwei Arbeitsgänge zu einem Arbeitsgang zusammengefasst . Es wird gleichzeitig vom Rand der Auslassbohrung 16 Bohrung und der Senkung bzw. Tasche 46 so lange Material abgetragen, bis der vorgegebener Massestrom der für die elektrochemische Materialbearbeitung verwendeten Elektrolytlösung durch die Auslassbohrung 16 Bohrung erreicht ist. Wichtig ist, dass die Spannung des Generators 32 so eingestellt wird, dass bei Erreichen des gewünschten Massestroms die Tasche 46 nicht zu flach oder zu tief ist.Simultaneously with the rounding of the edge of the outlet bore 16, which - as already mentioned - ends in the blind hole 14, the pocket 46 is worked in around the edge of the outlet bore 16. The pocket 46 is usually incorporated using the electroerosion method, which means that mass flow calibration is not possible. Machining using electroerosion is relatively imprecise. Due to the electrochemical material processing, the accuracy of the processing is now increased and two operations are combined into one operation. Material is simultaneously removed from the edge of the outlet bore 16 and the depression or pocket 46 until the predetermined mass flow of the electrolyte solution used for electrochemical material processing is reached through the outlet bore 16. It is important that the voltage of the generator 32 is set such that the pocket 46 is not too flat or too deep when the desired mass flow is reached.
Bei der Bearbeitung wird der Generator 32 nach einer ersten vorgegebenen Zeit abgeschaltet. D.h., um genauere Ergebnisse zu erhalten, wird keine dynamische Messung, die durch Gasblasenbildung verfälscht werden kann, durchgeführt, sondern eine statische Messung. Hierzu erfolgt also dieDuring processing, the generator 32 is switched off after a first predetermined time. That is, in order to obtain more accurate results, a dynamic measurement that cannot be falsified by gas bubble formation is carried out, but a static measurement. Therefore, the
Messung des Massestroms während Bearbeitungspausen, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt. Diese Beruhigungszeit liegt im Bereich von einigen Zehntelsekunden bis einigen Sekunden. Wenn bei einem vorgegebenen Druck der Massestrom erreicht ist, ist die Bearbeitung beendet. Ist der gewünschte Massestrom noch nicht erreicht, folgt eine weitere Bearbeitungsphase, nach der ebenfalls eine Bearbeitungspause mit einer Beruhigungsphase und einer Messphase erfolgt. Die Vorgänge werden solange wiederholt, bis der gewünschte Massestrom erzielt wird.Measurement of the mass flow during processing breaks, whereby the measurement in the respective processing break only begins after the mass flow has settled down. This calming time ranges from a few tenths of a second to a few seconds. If the mass flow is reached at a predetermined pressure, the processing is ended. If the desired mass flow has not yet been reached, a further processing phase follows, after which there is also a processing pause with a calming phase and a measuring phase. The processes are repeated until the desired mass flow is achieved.
Für eine wirtschaftlichere Fertigung kann die Elektrolytlösung während der Bearbeitungsphasen mit einem niedrigeren Druck gepumpt werden als während derFor more economical production, the electrolyte solution can be pumped at a lower pressure during the machining phases than during the
Bearbeitungspausen. In den Bearbeitungsphasen kann der Druck beispielsweise bei lObar liegen und in den Bearbeitungspausen bzw. Messphasen bei 80bar. Die mit diesem Verfahren hergestellten Teile, lassen sich leicht daran erkennen, dass die Tasche 46 und der von der Senkung 46 und dem zweiten Strömungskanal 16 gebildete Rand eine sehr glatte Oberfläche haben. Diese Oberfläche ist wesentlich glatter als eine mittels Elektroerosion hergestellten Tasche 46. Auch ist die Oberfläche der Tasche in der Regel glatter als die durch Drehen herstellte Oberfläche der Sacklochbohrung 14.The pauses. In the processing phases, the pressure can be, for example, 10 bar and in the processing pauses or measuring phases, 80 bar. The parts produced using this method can easily be recognized by the fact that the pocket 46 and the edge formed by the depression 46 and the second flow channel 16 have a very smooth surface. This surface is considerably smoother than a pocket 46 produced by means of electro-erosion. The surface of the pocket is also generally smoother than the surface of the blind hole 14 produced by turning.
Wichtig bei der Vorrichtung 10 zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (Auslassbohrung 16) des Werkstücks 12 mit einer Arbeitsflüssigkeit ist, dass eine Einrichtung zum Messen des Massestroms (Massestrommesser 28) der Arbeitsflüssigkeit (Elektrolytlösung) durch den mindestens einen Strömungskanal (Auslassbohrung 16) vorhanden ist. Dadurch lassen sich sehr genaue Arbeitsergebnisse erzielen.It is important in the device 10 for processing at least one flow channel (outlet bore 16) of the workpiece 12 with a working fluid that a device for measuring the mass flow (mass flow meter 28) of the working fluid (electrolyte solution) through the at least one flow channel (outlet bore 16) is present. This enables very precise work results to be achieved.
Bezugszeichenreference numeral
10 Vorrichtung 30 Elektrode10 device 30 electrode
12 Werkstück 32 Generator12 workpiece 32 generator
14 Sacklochbohrung 34 Leitung14 blind hole 34 line
16 Auslassbohrung 36 Leitung16 outlet bore 36 line
18 Tank 38 Kupferrohr18 tank 38 copper pipe
20 Pumpe 40 Isolierung20 pump 40 insulation
22 Pulsationsdämpfer 42 Durchlass22 pulsation damper 42 passage
24 Druckmesser 44 wirksame Elektrodenfläche24 pressure gauge 44 effective electrode area
26 Sicherheitsventil 46 Tasche26 safety valve 46 pocket
28 Massestrommesser 28 mass flow meters

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (12), das einen ersten Strömungskanal (14) und einen zweiten Strömungskanal (16) aufweist, wobei der zweite Strömungskanal (16) in den ersten Strömungskanal (14) mündet und um die Mündung des zweiten Strömungskanals (16) in den ersten Strömungskanal (14) eine Senkung (46) eingearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Senkung (46) mittels des elektrochemischen Materialbearbeitungsverfahrens eingearbeitet wird und gleichzeitig von dem von der Senkung (46) und dem zweiten Strömungskanal (16) gebildeten Rand so lange Material abgetragen wird, bis ein vorgegebener Massestrom der für die elektrochemische Materialbearbeitung verwendeten Elektrolytlösung durch den zweiten Strömungskanal (16) erreicht ist.1. Method for machining a workpiece (12) which has a first flow channel (14) and a second flow channel (16), the second flow channel (16) opening into the first flow channel (14) and around the mouth of the second flow channel ( 16) a depression (46) is worked into the first flow channel (14), characterized in that the depression (46) is worked in by means of the electrochemical material processing method and at the same time by the one formed by the depression (46) and the second flow channel (16) Edge is removed until a predetermined mass flow of the electrolyte solution used for the electrochemical material processing through the second flow channel (16) is reached.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Massestroms während Bearbeitungspausen erfolgt, wobei die Messung in der jeweiligen Bearbeitungspause erst nach einer Beruhigungszeit des Massestroms beginnt.2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the mass flow takes place during processing pauses, the measurement in the respective processing pause only after a settling time of the mass flow.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit während der Bearbeitungsphasen mit einem niedrigeren Druck gepumpt wird als während der Bearbeitungspausen.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the working fluid during the processing phases is pumped at a lower pressure than during processing breaks.
4. Vorrichtung (10) zum Bearbeiten mindestens eines Strömungskanals (16) eines Werkstücks (12) wenigstens mit einer Arbeitsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (28) zum Messen des Massestroms der Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal4. Device (10) for processing at least one flow channel (16) of a workpiece (12) with at least one working fluid, characterized in that a device (28) for measuring the mass flow of the working fluid through the at least one flow channel
(16) vorhanden ist.(16) is present.
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenmembranpumpe (20) die Arbeitsflüssigkeit durch den mindestens einen Strömungskanal (16) pumpt.5. The device (10) according to claim 4, characterized in that a piston diaphragm pump (20) pumps the working fluid through the at least one flow channel (16).
6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Pulsationsdämpfer (22) zur Glättung von Druckschwankungen vorgesehen sind.6. The device (10) according to claim 5 or 6, characterized in that pulsation dampers (22) are provided for smoothing pressure fluctuations.
7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit eine Elektrolytlösung ist. 7. The device (10) according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the working liquid is an electrolytic solution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5865977A (en) * 1994-10-21 1999-02-02 Frembgen; Fritz-Herbert Process for the electrochemical treatment of flow channels in metal workpieces
EP1179379A1 (en) * 2000-08-09 2002-02-13 Delphi Technologies, Inc. Electrochemical machining of orificies

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